Rango del acelerómetro

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El rango del acelerómetro define la aceleración máxima medible que un sensor puede capturar con precisión sin saturarse. Los fabricantes especifican este parámetro como un valor simétrico de escala completa, como ±2 g, ±8 g, ±16 g, ±50 g o ±100 g, donde 1 g = 9,80665 m/s². El rango seleccionado determina la aceleración de entrada máxima a la vez que influye directamente en la resolución de la medición, la cuantificación y el rendimiento del ruido.

Un acelerómetro convierte el desplazamiento de la masa de prueba en una salida digital mediante un conversor analógico-digital (ADC). Para un ADC de N bits, el paso de cuantificación teórico es

$$\Delta a = \frac{2A_{FS}}{2^N},$$

donde $A_{FS}$ es el rango de escala completa positivo. Aumentar el rango de medición amplía el bit menos significativo (LSB), lo que reduce la resolución teórica del sensor. Aunque los modernos sensores inerciales mantienen normalmente una resolución digital constante al adaptar la ganancia interna, la densidad de ruido efectiva generalmente aumenta con rangos de medición más grandes.

Seleccionar un rango insuficiente provoca la saturación de la salida siempre que

$$|a| > A_{FS},$$

evitando que el sensor represente la aceleración real. La saturación introduce el recorte de la señal (clipping) y corrompe la integración inercial. Esto degrada rápidamente la estimación de la velocidad y la posición en un INS. Por el contrario, seleccionar un rango excesivamente grande reduce la sensibilidad a las aceleraciones de bajo nivel. Esto disminuye la relación señal-ruido (SNR), especialmente durante las mediciones cuasi estáticas.

Dinámica en aplicaciones reales

El rango óptimo del acelerómetro depende de la dinámica prevista para la aplicación. La topografía de precisión, la cartografía móvil y las plataformas marinas estabilizadas suelen priorizar un bajo nivel de ruido. Estos sistemas operan con rangos moderados, típicamente de ±2 g a ±8 g. Las plataformas de alta dinámica requieren rangos más amplios para evitar la saturación durante maniobras agresivas. Entre los ejemplos se incluyen misiles, municiones merodeadoras, UAV de carreras, vehículos de lanzamiento y sistemas de monitorización de impactos.

En la navegación inercial, el rango del acelerómetro nunca debe considerarse de forma aislada. Debe evaluarse junto con la inestabilidad del sesgo, la precisión del factor de escala y el ancho de banda. Otros parámetros críticos incluyen el error de rectificación por vibración (VRE), la frecuencia de muestreo y la densidad de ruido. Un rango seleccionado adecuadamente garantiza que el sensor permanezca dentro de su región de funcionamiento lineal. Esto maximiza la fidelidad de la medición y mejora la estimación de la actitud. En definitiva, mejora la precisión de la navegación a estima y la solidez general del INS en entornos operativos exigentes.